ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2012, № 2, с. 83-89
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ^^^^^^^^^^ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
СТРУКТУРА ФРОНТА ПРИЛИВНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В РАЙОНЕ ШАНТАРСКИХ ОСТРОВОВ (ОХОТСКОЕ МОРЕ) ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ © 2012 г. И. А. Жабин*, В. А. Дубина
Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток *Е-таП: zhabin@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 31.05.2011 г.
Положение и сезонная изменчивость фронта приливного перемешивания в районе Шантарских о-вов исследованы на основе анализа спутниковых данных. Шантарский фронт приливного перемешивания относится к основным особенностям гидрологической структуры северо-западного шельфа Охотского моря в летний период. Фронт разделяет перемешанные приливными течениями прибрежные воды и стратифицированную часть шельфа. Температурный фронт приливного перемешивания появляется в июле на фоне таяния ледяного покрова и исчезает в конце октября, когда разрушается стратификация. Среднее положение фронта меняется незначительно и определяется критическим значением параметра Симпсона—Хантера (^/и3 = 2.5), фронт расположен над изобатой 50 м. Температурный фронт приливного перемешивания соответствует фронту в распределении хлорофилла а, рассчитанному по данным сканеров и MODIS. Высокие, по сравнению со
стратифицированной частью шельфа, концентрации хлорофилла а наблюдались в пределах зоны интенсивного приливного перемешивания. Спутниковые снимки в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра (Ьапё8а1-5 ТМ) показали, что фронт является динамически неустойчивым. Эффекты перемешивания, связанные с фронтальными субмезомасштабными бараклинными вихрями, оказывают влияние на структуру стратифицированной части шельфа.
Ключевые слова: фронт приливного перемешивания, бароклинные вихри, распределение хлорофилла а, спутниковые данные, МОАА ЛУНКИ, Ьапё8а1-5 ТМ, MODIS, Зеа^И^, Охотское море, Шантарские о-ва
ВВЕДЕНИЕ
Приливы — один из основных источников энергии, который способен генерировать вертикальное перемешивание в океане. В мелководных районах океана (шельф, проливы, банки) с высоким уровнем диссипации кинетической энергии приливов за счет придонного трения могут формироваться перемешанные по вертикали стационарные зоны с резкими фронтальными границами, называемыми фронтами приливного перемешивания. Зоны интенсивного приливного перемешивания, ограниченные фронтами, являются важной особенностью структуры вод шельфовой зоны Мирового океана. К наиболее изученным районам интенсивного приливного перемешивания относится шельф северо-западной Европы (Simpson, 1981; Федоров, 1983).
На шельфе Охотского моря диссипативные потери суточной приливной волны К1 и лунной полусуточной приливной волны М2 составляют около 100 и 73 Гвт (1 Гвт = 109 вт) соответственно (Kan-tha et al, 1995; Le Provst, Lyard, 1997). Анализ спутниковых и океанографических данных позволил получить информацию о положении и сезон-
ной изменчивости зон интенсивного приливного перемешивания на северном шельфе Охотского моря (Жабин и др., 1990; БеШп, СогпШоп, 2004). На спутниковых ИК-изображениях квазистационарные холодные зоны, ограниченные фронтами, наблюдались у Шантарских о-овов, в районе банки Кашеварова и на входе в зал. Шелихова. Эти районы отличаются высокими скоростями приливных течений и повышенными значениями скорости диссипации приливной энергии (Kowalik, Ро1уакоу 1998; №кга80У, Яошапепкоу, 2010). Стратификация вод в этих холодных зонах в летний период была существенно ослаблена или полностью разрушена.
В настоящее время спутниковая информация является одним из основных инструментов исследования океана. При этом многосенсорный подход можно рассматривать как наиболее перспективный метод исследования структуры и динамики океанологических процессов, протекающих в прибрежной зоне океанов и морей. В условиях сокращения морских экспедиционных исследований спутниковые данные становятся одним из основных источников информации для океанологических исследований в Охотском море.
Северо-западный шельф Охотского моря относится к числу наиболее продуктивных районов Мирового океана. Высокая продуктивность шельфа в летний период во многом обусловлена интенсивным приливным перемешиванием, обеспечивающим поступление биогенных элементов в верхний слой моря. Среди шельфовых зон интенсивного приливного перемешивания уникальными природными условиями и биоразнообразием выделяется район Шантарских о-вов, расположенный в юго-западной части Охотского моря (государ-ственный природный заказник федерального значения). Исходя из этого, была определена цель работы: на основе анализа спутниковой информации, полученной в последние годы, исследовать особенности структуры и динамики вод одной из самых продуктивных морских экосистем Охотского моря, расположенной в районе Шантарских о-вов. При этом особое внимание было направлено на изучение динамических процессов, которые обеспечивают обмен свойствами между высокопродуктивными прибрежными водами и стратифицированной частью северо-западного шельфа Охотского моря.
ДАННЫЕ
Исследование структуры и динамики зоны интенсивного приливного перемешивания в районе Шантарских о-вов проводилось на основе анализа следующих видов спутниковой информации:
— ИК-изображения радиометра AVHRR ИСЗ серии NOAA, пространственное разрешение около 1 км (данные были получены из Центра коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН — http://www.satellite.dvo.ru/);
— данные съемочной аппаратуры TM (Thematic Mapper — тематический картограф), установленной на спутнике Landsat-5 (http://glovis. usgs.gov/). Сенсор TM ИСЗ Landsat-5 получает данные на семи каналах. В шести из них: 1—5 и 7 (в видимом, ближнем и средних ИК-диапазонах) съемка проводится с пространственным разрешением 30 м. Данные канала 6 (в тепловом диапазоне) имеют разрешение 120 м. Ширина полосы обзора для всех каналов составляет около 185 км;
— значения концентрации хлорофилла а, рассчитанные по данным сканирующих спектрора-диометров SeaWiFS ИСЗ Seastar и MODIS ИСЗ Aqua, исходное пространственное разрешение 1 км, огрубленное пространственное разрешение 9 км, интервал осреднения — 1 мес. (http://disc.sci. gsfc.nasa.gov/giovanni/).
Анализ данных дистанционного зондирования морской поверхности позволяет исследовать термическую структуру вод зоны интенсивного приливного перемешивания у Шантарских о-вов (ИСЗ NOAA и Landsat-5), изменчивость фронтов,
проявляющихся на морской поверхности в поле температуры (ИСЗ NOAA и Landsat-5) и распределение хлорофилла а в продуктивных районах (ИСЗ SeaStar и Aqua).
На первом этапе работы был проведен выборочный анализ доступной спутниковой информации по району исследований, полученной в период с 2002 по 2010. Наибольшее количество свободных от облачности спутниковых изображений было получено в 2006 и 2007 гг. Кроме этого, в качестве дополнительной информации привлекались результаты численного моделирования приливных течений в Охотском море (Kowalik, Polya-kov, 1998) и данные судовых измерений.
СТРУКТУРА ЗОНЫ ИНТЕНСИВНОГО ПРИЛИВНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ У ШАНТАРСКИХ О-ВОВ
По спутниковым данным (рис. 1 а—в) холодная зона в районе Шантарских о-вов формируется в начале июля на фоне последней стадии разрушения ледяного покрова, когда на соседних участках шельфа появляется термоклин. Положение фронта приливного перемешивания в период его существования меняется незначительно, фронт расположен приблизительно над изобатой 50 м. На примере Шантарского фронта можно показать, что сезонные изменения потока тепла через поверхность приводят к смене знака горизонтального градиента температуры на границах зоны приливного перемешивания, т.е. в период осеннего охлаждения (отрицательный поток тепла через поверхность моря) "холодная" зона приливного перемешивания превращается в "теплую" (рис. 1в). Это происходит потому, что относительно тонкий прогретый поверхностный слой (толщина около 10 м) стратифицированной части шельфа быстрее теряет тепло, а однородная по вертикали зона интенсивного приливного перемешивания (глубины до 50 м) охлаждается медленнее и постепенно превращается в более "теплую", по сравнению со стратифицированными водами. После смены знака градиента температуры Шантарский фронт сохраняет свое положение. Термические контрасты в Шантарском районе прослеживаются до конца октября—начала ноября (начальная стадия льдообразования).
Результаты численного моделирования приливов Охотского моря (Kowalik, Polyakov, 1998, амплитуда и фаза приливных течений для полусуточной составляющей М2) были использованы для расчета параметра Симпсона-Хантера (Simpson, Hunter, 1974), критическое значение которого определяет среднее положение фронта приливного перемешивания (рис. 1г). Симпсон и Хантер предложили простую теорию фронтов приливного перемешивания, согласно которой фронт формируется там, где существует баланс между энергией, необходимой для полного верти-
135° 136° 137° 138 в
139° 140° 135° 136° 137° 138° 139° 140°
56.0
55.2
54.4
53.6
140° 135
138° 139°
Рис. 1. ИК-изображения района Шантарских о-вов, полученные в 2006 г. (ИСЗ серии КОЛА ЛУНИК): а — 17 июля, б — 4 сентября, в — 13 октября; и г — распределение параметра Симпсона—Хантера. Холодным водам соответствует темный тон изображения, теплым — светлый. На спутниковых изображениях показано положение изобат 50 и 100 м. Условные обозначения: 1 — воды зоны приливного перемешивания; 2 — стратифицированная часть шельфа; 3 — фронт приливного перемешивания.
a
г
кального перемешивания столба воды приливными течениями и энергией, требуемой для поддержания стратификации за счет поверхностного потока тепла (плавучести). Сопоставление карты распределения параметра Симпсона-Хантера и спутниковых ИК-изображений (рис. 1а—в) показывает, что критическое значение этого параметра К = Х^Д/и3 (Н — глубина места, и — амплитуда приливного течения М2) для Шантарского фронта приливного перемешивания равно 2.5, что соответствует диапазону значений (от 2 до 3), полученных для фронтов приливного перемешивания в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.